Il suono è una variazione di pressione che si propaga in un mezzo fisico elastico, che può essere l’aria o l’acqua o materiali solidi, e che l’orecchio umano riesce a rilevare. Il numero delle variazioni di pressione al secondo è la frequenza che viene misurata in Hertz (Hz). L’orecchio umano ha una capacità di rilevazione del suono compresa fra i 20 e i 20.000 Hz.

Dopo la frequenza un’altra grandezza importante per quantificare il suono è la ampiezza delle variazioni di pressione intorno ad una pressione p₀ di riferimento. Il p₀ di riferimento è stato scelto pari a quello della soglia normale di udibilità a 1.000 Hz, ed è di 20 m Pascal (20 m N/mq) ossia cinque miliardesimi della normale pressione atmosferica. Il fatto che il suono sia il risultato di perturbazioni così piccole è molto importante per la teoria, perché ci consente di attribuire al mezzo di trasmissione un comportamento lineare: infatti sviluppando in serie di Taylor l’equazione della trasformazione termodinamica (che è essenzialmente un’adiabatica) della propagazione nell’atmosfera e arrestandosi al primo termine, si ottiene una relazione approssimata lineare. *

Partendo dalla variazione di pressione di 20 m Pascal, che è la più piccola che l’orecchio riesce a percepire (si pensi che la membrana del timpano subisce uno spostamento dell’ordine del diametro di un atomo!), lo stesso orecchio riesce a tollerare variazioni di pressione fino a un milione di volte più grandi. Per evitare di lavorare con numeri con un range molto grande, i valori della pressione acustica sono espressi mediante la scala logaritmica L=20 log P/P0: cioè L è il livello di pressione acustica P che si sta considerando (misurato in decibel, dB) rispetto ad un livello di riferimento P0 (al quale corrispondono 0 dB). La scala in dB comprime una gamma di un milione di Pa in una gamma di 120 dB e, inoltre, approssima meglio la percezione umana perché l’orecchio reagisce alle variazioni logaritmiche di livello. Altra caratteristica dell’orecchio è che non è ugualmente sensibile a tutte le frequenze, ma è più sensibile nel campo compreso fra i 2 KHz e i 5 KHz ed è molto meno sensibile alle alte e alle basse frequenze. A complicare ulteriormente la situazione interviene il fatto che questa differenza di sensibilità è più pronunciata ai bassi livelli di pressione sonora (ecco perché negli impianti HIFI è normalmente presente un tasto chiamato Loudness che incrementa il livello dei toni alti e di quelli bassi e che va inserito quando si ascolta la musica a basso volume). Questa variabilità di sensibilità dell’orecchio in funzione della frequenza e del livello di pressione sonora (SPL: Sound Pressure Level) è indicata dalle "Curve di uguale sensazione sonora) che mostrano il SEL richiesto a qualsiasi frequenza per dare la stessa sensazione sonora di un segnale a 1 KHz

ad esempio un segnale di 50 Hz deve avere un SPL di +15 dB per dare la stessa sensazione di un segnale di 70 dB a 1 Khz. Infine c’è da dire che suoni di breve durata (impulsi sonori) cioè minori di 70 ms, inducono una sensazione sonora inferiore a quella indotta da suoni di durata più lunga aventi lo stesso livello.

Dalle "curve di uguale sensazione sonora" (dette anche ‘Audiogramma normale’) sono state sviluppate tre curve caratteristiche normalizzate, e internazionalmente definite come Ponderatrici A, B e C

La curva di ponderazione A è quella usata dalla legislazione italiana.

Poiché il suono è una forma di energia, il suo potenziale nocivo per l’udito non dipende solamente dal livello, ma anche dalla durata (l’esposizione ad un suono intenso di 4 ore è molto più dannoso che l’esposizione al medesimo suono per 1 ora). Quindi per determinare il potenziale nocivo di un ambiente sonoro occorre misurare sia il livello acustico che la durata di esposizione, potendosi così determinare l’energia ricevuta. Per i livelli sonori costanti questo è molto facile, ma se il livello sonoro varia, questo deve essere rilevato durante un ben definito periodo di campionamento. Da questi campioni è allora possibile il calcolo di un valore unico che prende il nome di ‘Livello acustico continuo equivalente’ (Leq) che è definito come "il livello continuo che ha il medesimo contenuto di energia e quindi il medesimo potenziale nocivo per l’udito del livello acustico variabile". Per un Leq calcolato utilizzando la curva di ponderazione A viene usato il simbolo Leq(A) e anche Leq(A),t dove t indica il periodo di tempo utilizzato per la misura

(Seconda parte)

Lo strumento universalmente adoperato per le misure di livello sonoro correnti è il ‘Fonometro’.

Questo è uno strumento per valutare l’ampiezza dei suoni e fornire misure obiettive e riproducibili del SEL e delle altre grandezze di cui abbiamo parlato. Benchè ci siano diversi sistemi disponibili ognuno differente nei dettagli, ciascuno può essere ricondotto ad un sistema composto da un microfono, da una unità di trattamento e da una unità di lettura dati. L’unità di trattamento applica al segnale una delle varie curve di ponderazione oppure nessuna, il che permette al segnale di passare inalterato (curva lineare "lin"). Dopo che il segnale è stato ponderato, viene amplificato e ne viene calcolato il valore efficace (RMS). Questo valore viene inviato all’unità di lettura che rappresenta il SEL in dB o in dB(A).

La maggior parte dei suoni richiede la misura di un livello fluttuante; ai fini di misurare il suono correttamente, le variazioni devono essere misurate con un tempo di risposta del rivelatore adeguato. Per questa ragione sono state standardizzate due risposte caratteristiche del rilevatore e che sono conosciute come:

1. F (fast: veloce) che ha una costante di tempo di 125 ms e permette di ottenere una risposta rapida per seguire e misurare i livelli sonori che non variano troppo rapidamente;
2. S (slow: lenta) che ha una costante di tempo di 1 secondo e quindi fornisce una risposta più lenta per smorzare le fluttuazioni del suono.

Se invece il suono che deve essere misurato consiste di impulsi isolati o contiene un’alta percentuale di rumori di tipo impulsivo, il fonometro ha a disposizione una costante di tempo ancora più rapida, normalizzata come:

3. I (impulse) che ha una costante di tempo di 35 ms e con la quale si misurano anche i rumori transitori.

Poichè un picco elevato può essere dannoso per l’udito anche se il valore RMS si mantiene basso, c’è infine un circuito per le misure del valore di picco dei livelli sonori:

4. Peak con una costante di 35 m s.

Nello strumento è anche incorporato un circuito di memorizzazione dei valori RMS e di picco per facilitare la lettura.

La normativa internazionale IEC n.651 prevede 4 classi di strumenti:

1. Classe 0: campioni di laboratorio
2. Classe 1: strumento di precisione per misure di laboratorio e sul campo
3. Classe 3: strumento di uso corrente
4. Classe 4: indagini preliminari a largo raggio.

Per misurare il Leq, lo strumento deve essere un "fonometro integratore".

Nota relativa alla prima parte